원소기호 1번. 그 이름 '수소'. 요즘 연료전지가 주목을 받기 시작하고 있는데, 대체 수소를 어떻게 생산한다는 것인지. 심지어 지구를 넘어 우주에 압도적으로 가장 많은 원소가 수소라고 하는데 눈에 보이지도 않고 어떻게 잡아온다는 것인지를 평상시에 궁금하였기에 정리해봅니다.
수소 : 원소기호 1번
현재까지 발견된 원소의 개수는 118개. 그 중 1번의 번호표를 달고 있는 원소 '수소'입니다. 왜 1번일까요? 우주의 대폭발(빅뱅) 이후 우주가 생겨났다는 것이 정설인데, 이때 가장 첫 번째로 태어났기 때문에 1번입니다.
수소의 특징은 'Many'라는 것만 기억하면 됩니다. 지구를 포함한 우주 전체에서 차지하는 부피 90%, 질량은 75%나 됩니다. 그리고, 우리가 밟고 있는 이 지구상에서는 혼자있지 않는데요. 항상 무언가와 결합해 있는 상태이기에 눈에 보이지 않는 것이 수소의 특징입니다.
여기서잠깐!!
수소는 다른 원소와 지구상에서 결합하고 있다는 것이 특징이에요.
· H2O : 수소+산소 결합하여 '물'
· HF : 수소 + 플루오린 결합하여 '플루오린화수소'(일명 : 에칭가스, 반도체식각에 쓰임)
· NH3 : 수소 + 질소 결합하여 '암모니아'
· 그 외 여러 가지 등
수전해 : 수소를 떼어내자
이렇게 지구상에서 다른 원소와 결합한 상태로 있는 수소를 어떻게 떼어내야 할까요? 바로 '수전해'라고 불리는 전기분해입니다. 물(H2O)에 전기를 쏴주면 되는데요. 문제는 수소는 결합력이 강해서 단순히 전기만 쏜다고해서 수소가 얌전히 나오지 않는다는거에요. 이때, 수소를 유혹 할만한 전극(수소이온을 끌어당길만 한)을 넣어주면 좀 더 쉽게 분리가 됩니다. 이때, 수소와 산소를 나누기 위해서는 가운데 분리막이 필요하겠죠. 그리고, 이 둘이 이동하는 것을 돕는 전해액이 필요한데, 이때는 알칼리성 수용액을 사용합니다.
수소 얻는 방법 3가지 : 그레이수소, 블루수소, 그린수소
수소에너지를 얻는 방법에는 총 3가지가 있는데요. 그레이수소, 블루수소, 그린수소입니다.
여기서잠깐!!
·그레이수소 : 석유화학 또는 제철공정의 부산물로 얻어지는 부생 수소, 화석연료를 활용하여 촉매반응으로 얻은 추출수소(=개질수소) -> 이산화탄소(CO2) 배출 여전
· 블루수소 : 위 그레이수소와 수소생산과정 같지만, 이산화탄소를 포집한다는 점이 다름
· 그린수소 : 신재생에너지(풍력, 태양광)으로 얻은 전기를 사용하여 물을 전기분해(H2O > H2+O) -> 수소 생산 -> 이산화탄소 배출 Zero
그레이수소는 석유화학, 제철공정에서 나오는 부산물(메탄 : CH4) 또는 화석연료를 투입하여 고온으로 달궈서 촉매반응을 통해 수소를 얻을 수가 있어요. 다만, 이는 탄소배출을 여전히 하기때문에 친환경적이라 할 수는 없습니다. 아직까지는 그레이수소가 가장 많이 생산되고 있다고 합니다.
블루수소는 그레이수소와 공정은 똑같지만, 이산화탄소배출 과정에서 이 녀석들을 잡아둬요. 수소는 얻되 이산화탄소는 없애는거죠. 언뜻보면 친환경적인 것 같지만, 애초에 석유화학, 제철공정 할 때 화석연료가 투입이 되며 여기서 나오는 모든 이산화탄소를 포집하기에는 불가능 할 것 같습니다.
그리고 가장 각광받는 수소생산기술이 그린수소에요. 애초에 풍력, 태양광으로 에너지를 생산을 해서 이산화탄소가 배출될 일이 없죠. 여기서 나온 에너지를 전기형태로 저장합니다. 그리고 이 저장된 전기로 물을 수전해 분리해서 수소를 얻는 방식이죠. 이게 모든 수소사업을 하고 있는 정부와 기업의 목표입니다.
수소미래
수소는 화석연료의 비해 에너지밀도가 3배나 높다고 합니다. 중동에서 원유를 수입해 오는데, 3번을 와야할 것을 수소를 사용하면 1번만 오면 되는 것이죠. 그리고, 우리나라는 바람, 태양도 잘 들지않는 자원빈국 국가라서 이러한 기술들을 중동 같은 국가에 수출하는 전략을 펼치고 있습니다. 석유화학공정, 제철공정 기술들을 수출한 것 처럼 말이죠.
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